(57)【要約】【課題】  スケールファクタ直線性を安定化したクローズドループ方式光ファイバジャイロを提供する。【解決手段】  光源２と、光ファイバコイル５と、その光ファイバコイル５の両回りに光源２からの光を分岐し結合するカプラ３と、光ファイバコイル５とカプラ３の間に配置されそこを通る光の位相を変調する位相変調器４と、カプラ３からの干渉光強度を電気信号に変換する受光器６と、受光器６からの信号を増幅する増幅器１５と、増幅器１５により増幅された信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器８と、Ａ／Ｄ変換器８の出力をディジタル的に信号処理を行うクローズドループ方式光ファイバジャイロにおいて、受光器６から出力される電気信号をフィードバック信号用と最大位相偏移自動制御用に２分岐し、相異なる増幅度で増幅した信号を用いたクローズドループ方式光ファイバジャイロ。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、光ファイバコイルと、その光ファイバコイルの両回りに光源からの光を分岐し結合するカプラと、光ファイバコイルとカプラの間に配置されそこを通る光の位相を変調する位相変調器と、カプラからの干渉光強度を電気信号に変換する受光器と、受光器からの信号を増幅する増幅器と、増幅器により増幅された信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換器の出力をディジタル的に信号処理を行うクローズドループ方式光ファイバジャイロにおいて、
受光器から出力される電気信号をフィードバック信号用と最大位相偏移自動制御用に２分岐し、相異なる増幅度で増幅した信号を用いたことを特徴とするクローズドループ方式光ファイバジャイロ。
【請求項２】
請求項１に記載されるクローズドループ方式光ファイバジャイロにおいて、
増幅度はフィードバック信号用ゲインと比較して最大位相偏移自動制御用ゲインを小としたことを特徴とするクローズドループ方式光ファイバジャイロ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、クローズドループ方式光ファイバジャイロに関し、特に、フィードバック信号としてランプ状波形を利用するクローズドループ方式光ファイバジャイロにおけるスケールファクタ直線性を安定化したクローズドループ方式光ファイバジャイロに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来例を図６を参照して説明する。
図６に図示説明されるクローズドループ方式光ファイバジャイロ（以降、ＦＯＧ、と略記する）は、フィードバック方式としてスケールファクタ安定性およびリニア性能に関して最も高い性能を期待することができるディジタルフェーズランプ方式を用いている（特許文献１  参照）。このＦＯＧは、光源２と、光ファイバコイル５と、その光ファイバコイル５の両回りに光源２からの光を分岐し結合するカプラ３と、光ファイバコイル５とカプラ３の間に配置されそこを通る光の位相を変調する光集積回路４と、カプラ３からの干渉光強度を電気信号に変換する受光器６と、受光器６からの信号を増幅する増幅器１５と、増幅器１５により増幅された電気信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器８とを有し、更に、同期検波器９、積分器１０、最大位相偏移自動制御回路１３、ランプジェネレータ１１、タイミングパルス発生回路１６、位相変調回路１７を有してディジタル的に信号処理を行う。位相変調回路１７から発生出力される位相変調信号は光集積回路４に含まれる一方の位相変調器４０に印加され、両回り光に位相変調を付与している。そして、ランプジェネレータ１１の出力はＤ／Ａ変換、増幅後に光集積回路４に含まれる他方の位相変調器４０に階段状のフィードバック信号として印加され、両回り光に位相変調を付与している。
【０００３】
このＦＯＧは、ディジタルフェーズランプ方式におけるランプ電圧印加時の最大位相偏移を理想値２ｎπ［ｒａｄ］に保持する最大位相偏移自動制御回路１３を有し、また、矩形状波の位相変調信号を印加して角速度によって生じる位相差を制御エラー信号として精度良く検知している。ディジタルフェーズランプのフライバック時の最大位相偏移の理想値２ｎπからのズレは、ＦＯＧのスケールファクタリニアリティの劣化につながり、同期検波器９の出力の時間積分が０となる様に働く。従来は、フライバックの発生した瞬間を検知して、その時の同期検波器９の出力が制御エラー信号に相当するので、これによりＶｎπレベルを自動的に制御する。最大位相偏移が真の値から大きくズレた場合、最大位相偏移自動制御回路１３は飽和して正常に機能しない。なお、ここで、同期検波器９の出力とは、ＦＯＧの光学部分で生じたサニャック位相差に相当する干渉光の強度変化を受光器６において光電変換し、増幅器１５で増幅した信号をＡ／Ｄ変換器８においてＡ／Ｄ変換した後、位相変調信号と同期した基準信号にて検波した出力のことである。
ここで、フライバック時に最大位相偏移が２ｎπよりズレていた場合、その位相差は干渉光の強度変化として検出することができる。しかし、受光器において光電変換した後、これを所定の倍率で増幅するが、最大位相偏移のズレが大きい場合には増幅器の出力が飽和して、ＡＤ変換後の検波出力は正確ではなくなる。
【０００４】
図７を参照して、更に、具体的に説明するに、このクローズドループ方式のＦＯＧでは、フィードバック信号として階段状の位相偏移を付与するディジタルフェーズドランプ方式であり、階段の幅は光ファイバコイルの光の伝播時間τに設定されている。また、位相変調も半周期をτとする矩形波（±π／２）が付与されている。
矩形波の位相変調は、パルス幅をτとする矩形波を光ファイバコイルの片側に配置した位相変調器に印加し、光ファイバコイルを伝播する干渉光は図７のようになる。両光間に位相差が生じていない場合（図７のＩの領域）では、τ毎の干渉光に強度差は生じない。しかし、角速度が印加され位相差が生じると（IIの領域）では、τ毎の干渉光に強度差を生じる。
最大位相偏移の２ｎπ［ｒａｄ］からのズレは、スケールファクタリニアリティの劣化につながる。図８は、フィードバック位相差と干渉光強度との関係を示したものである。ａで示した区間では、最大位相偏移がちょうど２πのときリセットされた場合で、リセットの前後での干渉光強度にレベル差は見られずフィードバック位相差が継続的に保証される。最大位相偏移が２πより小さく与えられた場合、ｂの区間で示すようにリセットされる前後で干渉光強度に差異が現われる。同様に、最大位相偏移が２πより大きく与えられた場合をｃの区間で示す。このように、干渉光強度に差異が現われると誤差信号として復調される。
【０００５】
図９を参照するに、フライバック時の最大位相偏移が２ｎπ［ｒａｄ］からズレている場合、その位相差は干渉光の強度として現われる。
図１０を参照するに、最大位相偏移自動制御回路１３では、フライバック時の干渉光強度変化を検出し（ディジタル信号処理回路部内にてフライバックの瞬間をトリガにする）、２ｎπの制御を行っている。なお、この制御を行わない場合には最大位相偏移２πからのズレが２．５％となると約１００ｐｐｍのスケールファクタリニアリティエラーが生じる。
【０００６】
図１１を参照するに、カプラ３から受光器６に入力される干渉波形は、ここにおいて光電変換され、増幅器１５においてＮ倍の増幅を施された後、Ａ／Ｄ変換器８によりディジタル処理される。ここで、増幅器１５のゲイン（Ｎ倍）はＡＤ変換器８の１ＬＳＢ（Least Significant Bit ）に相当する位相差により決定する。干渉光の強度差がＡＤ変換器８の入力範囲−ＦＳ〜＋ＦＳを超えた場合は、最大位相偏移の２ｎπからのズレ（フライバック時の強度差）を正確に検出することはできない。
【特許文献１】特開平１１−２９５０７７号  公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、以上のこの不正確さを解消するに、受光器の出力を２分岐し、それぞれ別の増幅器とＡＤ変換器と同期検波回路を用意した。第１のＡ／Ｄ変換器に入力された信号はＦＯＧ制御用として使用され、一方、第２のＡ／Ｄ変換器に入力された信号は最大位相偏移制御用として使用する。従来の手段では、最大位相偏移のズレが大きい場合には増幅器の出力が飽和するので、第２のＡ／Ｄ変換器の前段の増幅器のゲインは第１のＡ／Ｄ変換器の前段の増幅器のゲインより小さくし、フライバック時に飽和しない様にすることで、位相偏移を正確に検出することが可能となる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１：光源２と、光ファイバコイル５と、その光ファイバコイル５の両回りに光源２からの光を分岐し結合するカプラ３と、光ファイバコイル５とカプラ３の間に配置されそこを通る光の位相を変調する位相変調器４と、カプラ３からの干渉光強度を電気信号に変換する受光器６と、受光器６からの信号を増幅する増幅器１５と、増幅器１５により増幅された信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器８と、Ａ／Ｄ変換器８の出力をディジタル的に信号処理を行うクローズドループ方式光ファイバジャイロにおいて、受光器６から出力される電気信号をフィードバック信号用と最大位相偏移自動制御用に２分岐し、相異なる増幅度で増幅した信号を用いたクローズドループ方式光ファイバジャイロを構成した。
そして、請求項２：請求項１に記載されるクローズドループ方式光ファイバジャイロにおいて、増幅度はフィードバック信号用ゲインと比較して最大位相偏移自動制御用ゲインを小としたクローズドループ方式光ファイバジャイロを構成した。
【発明の効果】
【０００９】
この発明は、第１のＡ／Ｄ変換器８０および第２のＡ／Ｄ変換器８０’の前段の増幅器のゲインを、第２の増幅器１５０’のゲインを第１の増幅器１５０のゲインより小さく設定することにより、フライバック時の増幅器の出力の飽和を回避することで、フライバック時の位相相殺エラーを正確に検出することができて、最大位相偏移制御は安定化する。これにより、フィードバック信号としてランプ状波形を利用するクローズドループ方式光ファイバジャイロにおけるスケールファクタ直線性を安定化したクローズドループ方式光ファイバジャイロを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
発明を実施するための最良の形態を図１を参照して説明する。図１において、図６における部材と共通する部材には共通する参照符合を付与している。
このＦＯＧは、光源２と、光ファイバコイル５と、その光ファイバコイル５の両回りに光源２からの光を分岐し結合するカプラ３と、光ファイバコイル５とカプラ３の間に配置されそこを通る光の位相を変調する光集積回路４と、カプラ３からの干渉光強度を電気信号に変換する受光器６とを有する。そして、受光器６の出力を２分岐し、各別に、第１の増幅器１５０と第１のＡ／Ｄ変換器８０と第１の同期検波回路９０を用意すると共に、第２の増幅器１５０’と第２のＡ／Ｄ変換器８０’と第２の同期検波回路９０’を用意した。そして、第１の同期検波回路９０は積分器１０を介してランプジェネレータ１１の第１の入力端に接続すると共に、第２の同期検波回路９０’は最大位相偏移自動制御回路１３を介してランプジェネレータ１１の第２の入力端に接続し、ディジタル的に信号処理を行う。第１のＡ／Ｄ変換器８０に入力された信号はＦＯＧ制御用として使用される一方、第２のＡ／Ｄ変換器８０’に入力された信号は最大位相偏移制御用として使用する。なお、第１の増幅器１５０と第１のＡ／Ｄ変換器８０と第１の同期検波回路９０と積分器１０とより成るＦＯＧ制御用として使用される信号を得る回路と、第２の増幅器１５０’と第２のＡ／Ｄ変換器８０’と第２の同期検波回路９０’と最大位相偏移自動制御回路１３とより成る最大位相偏移制御用として使用される信号を得る回路とは、図示されないスイッチを介して時分割で交互に受光器６に切り替え接続する構成とすることができる。
【００１１】
図２を参照して以上のＦＯＧの動作を簡単に説明するに、フライバック時（最大位相偏移が２ｎπからズレた場合）の飽和を回避するに、上述した通り、受光器６の出力を２分岐する。ここで、非フライバック時は第１のＡ／Ｄ変換器８０によりＡ／Ｄ変換を行い、また、フライバック時は第２のＡ／Ｄ変換器８０’によりＡ／Ｄ変換を行う。また、増幅器のゲインについて、第１の増幅器１５０はＮ倍、第２の増幅器１５０’はＭ倍のゲインとした。ここで、増幅器のゲインは、ゲインＮ≧ゲインＭとし、飽和が起こらないレベルに設定する。増幅器のゲインをＮ≧Ｍとしたことにより、フライバック時の飽和を回避することができ、２ｎπからのズレを正確に検出することができ、スケールファクタの安定化を図ることができる。第２のＡ／Ｄ変換器８０’によりＡＤ変換された信号は、後段の信号処理回路において最大位相偏移自動制御用として使用する。
【００１２】
図３を参照するに、これは、フライバック時の最大位相偏移が２ｎπ［ｒａｄ］からズレている場合の、Ａ／Ｄ変換器に入力される波形、即ち、干渉光を光電変換した後に増幅器により増幅された信号を示す。フライバックの瞬間、下端が飽和している。
図４を参照するに、これは図３の信号の同期検波後の出力を示す。飽和により、位相相殺エラーは真の値よりも小さくなる（検出限界）。
図５を参照するに、位相相殺エラーの飽和回避の仕方として、この発明は以下の構成を採用している。
【００１３】
（１）  非フライバック時の信号は第１のＡ／Ｄ変換器８０より入力し、フライバック時の信号は第２のＡ／Ｄ変換器８０’より入力する。
（２）  フライバック時の飽和を回避するに、第１のＡ／Ｄ変換器８０および第２のＡ／Ｄ変換器８０’の前段の増幅器のゲインは、第２の増幅器１５０’のゲインを第１の増幅器１５０のゲインより小さく設定する。
（３）   最大位相偏移のズレが大きい場合は増幅器の出力が飽和するので、（２）により第２の増幅器１５０’のゲインを第１の増幅器１５０のゲインより小さく設定し、フライバック時の増幅器の出力の飽和を回避することで、フライバック時の位相相殺エラーを正確に検出することができて、最大位相偏移制御は安定化する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例を説明する図。
【図２】実施例の動作を説明する図。
【図３】フライバック時の最大位相偏移が２ｎπからズレている場合の、Ａ／Ｄ変換器に入力される信号を示す図。
【図４】図３の信号の同期検波後の出力を示す図。
【図５】位相相殺エラーの飽和回避の仕方を説明する図。
【図６】従来例を説明する図。
【図７】従来例の動作を説明する図。
【図８】フィードバック位相差と干渉光強度との関係を説明する図。
【図９】フライバック時の最大位相偏移が２ｎπからズレている場合の位相差の干渉光の強度を示す図。
【図１０】最大位相偏移自動制御回路を説明する図。
【図１１】受光器において光電変換され、増幅を施されてＡ／Ｄ変換器により処理される波形を示す図。
【符号の説明】
【００１５】
２  光源                            ３  カプラ
４  光集積回路                    ４０  位相変調器
５  光ファイバコイル                ６  受光器
８  Ａ／Ｄ変換器                  ８０  第１のＡ／Ｄ変換器
８０’第２のＡ／Ｄ変換器              ９  同期検波器
９０  第１の同期検波回路            ９０’第２の同期検波回路
１０  積分器                        １１  ランプジェネレータ
１３  最大位相偏移自動制御回路      １５  増幅器
１５０  第１の増幅器                １５０’第２の増幅器
１６  タイミングパルス発生回路      １７  位相変調回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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